V9 5V V8 5V V7 0V V6 0V V5 5V +V V4 5v +V V3 5v abcdefg. V+ abcdefg. V+ +V V2 5v +V V1 5v 74LS83 A4 A3 A2 A1 B4 B3 B2 B1 Cin s4 s3 s2 s1 Cout U3 74LS244 Ia3 Ia2 Ia1 Ia0 Ib3 Ib2 Ib1 Ib0 Ya3 Ya2 Ya1 Ya0 Yb3 Yb2 Yb1 Yb0 OEa OEb U5 74LS47 A3 A2 A1 A0 test RBI g f e d c b a RBO U6 U7C U7B U7A 74LS85 A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 IA<B IA=B IA>B A<B A=B A>B U4 74LS85 1 1. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch giải mã nhị phân 0-19 (vẽ bảng trạng thái và giản đồ xung cho mỗi trường hợp) Trước khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch, ta cần tìm hiểu chức năng của các IC trong mạch. +) IC 74LS83: IC cộng toàn phần 2 số nhị phân 4 bit Bảng chức năng +) IC 74LS85: IC so sánh 2 số nhị phân 4 bit Bảng chức năng 2 +) IC 74LS244: IC này đóng vai trò như một bộ chọn, Khi đầu vào EOa = 1, EOb = 0 thì mạch ra chọn giá trị Ya 3 = Ia 3 ; Ya 2 = Ia 2 ; Ya 1 = Ia 1 ; Ya 0 = Ia 0 . Khi đầu vào EOa = 0, EOb = 1 thì mạch ra chọn giá trị Yb 3 = Ib 3 ; Yb 2 = Ib 2 ; Yb 1 = Ib 1 ; Yb 0 = Ib 0 . Ta có sơ đồ nối chân và bảng chức năng của IC 74LS244 như sau: IC 74LS47: IC giải mã 7 đoạn 3 Led 7 đoạn A chung: Hiển thị số thập phân Bảng giá trị của mạch q 4 q 3 q 2 q 1 q 0 B 4 A<B S 4 S 3 S 2 S 1 OEa OEb A 3 A 2 A 1 A 0 L L L L L H H H H H L L H L L L L L L L L H H H L L L L L H L L L H L L L H L H H L L L L L H L L H L L L L H H H H L L L H L H L L H H L L H L L H H L L H L L H L H L L L L H L H H H L L H H L H L H L H L L H H L H H L H L L L H L H H L L L H H H H H L H L H L H L H H H L H L L L H H H H H L L H H L L L L H L L H H H H H H H L H H L L H L H L H L H L L L L L H L L L L L L H L H H H L L L L H H L L L L H L H H L L H L L L H L H L L L H L L H H L H H L L L H H H L L L H H L H H H L H L L H L L H L L H L L L H H H H H L L H L H H L L H L H H L L L L L L L H H L H L L H H L H L L L H L L L H H H H L L H H H 4 H L L H L L L H L L L H L H L L L H L L H H L L H L L H H L H L L H Giải thích nguyên lý làm việc: Bộ giải mã nhị phân 0-19 được chia thành 3 khoảng giải mã như sau: Đếm từ 0-9 Đếm từ 10-15 Đếm từ 16-19 * Từ giá trị 0 9, q 4 có mức logic thấp, mạch tiến hành giải mã thông thường. Đầu vào q 3 q 2 q 1 q 0 được đưa vào đầu vào của IC 74LS244, lúc này OEa ở mức logic thấp, OEb ở mức logic cao, đầu ra của IC này sẽ chọn giá trị mạch ra chọn giá trị Yb 3 = Ib 3 =q 3 ; Yb 2 = Ib 2 = q 2 ; Yb 1 = Ib 1 = q 1 ; Yb 0 = Ib 0 = q 0 để đưa vào 4 đầu dữ liệu của IC 74LS47. IC 74LS47 tiến hành giải mã 7 đoạn rồi hiển thị ra LED hàng đơn vị. Mặt khác vì OEa ở mức logic thấp nên thanh b và c của LED hàng chục nhận mức logic cao, LED hàng chục sẽ không sáng. * Từ giá trị 10 19. Đầu vào q 3 q 2 q 1 q 0 được đưa vào đầu vào của IC 74LS85 tiến hành so sánh, chân A<B của IC này sẽ nhận mức logic thấp, lúc này OEa ở mức logic cao, OEb ở mức logic thấp, đầu ra của IC này sẽ chọn giá trị mạch ra chọn giá trị Ya 3 = Ia 3 ; Ya 2 = Ia 2 ; Ya 1 = Ia 1 ; Ya 0 = Ia 0 để đưa vào 4 đầu dữ liệu của IC 74LS47. IC 74LS47 tiến hành giải mã 7 đoạn rồi hiển thị ra LED hàng đơn vị. Mặt khác vì OEa ở mức logic cao nên thanh b và c của LED hàng chục nhận mức logic thấp, LED hàng chục sáng và hiển thị số 1. Từ 10 15, q4 = 0, IC 74LS83 sẽ tiến hành cộng có nhớ q 2 q 1 q 0 với 14 (1110 2 ) VD: Nếu điện áp vào là 12V <=> q 2 q 1 q 0 = 100 100 1110 0010 Đầu ra S 4 S 3 S 2 S 1 = 0010, nên A 3 A 2 A 1 A 0 của IC 74LS47 sẽ nhận giá trị tương ứng 0010 LED hàng đơn vị sẽ hiển thị số 2. Từ 16 19, q4 = 1; IC 74LS83 sẽ tiến hành cộng có nhớ q 2 q 1 q 0 với 6 (0110 2 ) VD: Nếu điện áp vào là 17V <=> q 2 q 1 q 0 = 001 001 0110 5 0111 Đầu ra S 4 S 3 S 2 S 1 = 0111, nên A 3 A 2 A 1 A 0 của IC 74LS47 sẽ nhận giá trị tương ứng 0111 LED hàng đơn vị sẽ hiển thị số 7. 2. Nêu hoạt động của mạch biến đổi ADC 0809, tác dụng của các chân ALE, OE, V REF+, V REF- * Sơ đồ chân ADC 0809: * Ý nghóa các chân: . IN 0 đến IN 7 : 8 ngõ vào tương tự. . A, B, C : giải mã chọn một trong 8 ngõ vào . Z -1 đến Z -8 : ngõ ra song song 8 bit . ALE : cho phép chốt đòa chỉ . START : xung bắt đầu chuyển đổi . CLK : xung đồng hồ . REF (+): điện thế tham chiếu (+) . REF (-) : điện thế tham chiếu (-) . VCC : nguồn cung cấp * Các đặc điểm củaADC 0809: . Độ phân giải 8 bit . Tổng sai số chưa chỉnh đònh ± ½ LSB; ± 1 LSB . Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz . Nguồn cung cấp + 5V . Điện áp ngõ vào 0 – 5V . Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz . Nhiệt độ hoạt động - 40 o C đến 85 o C 6 ADC0809 28 15 1 14 IN 2 IN 1 IN 0 A B C ALE 2 -1 2 -2 2 -3 2 -4 2 -8 REF 2 -6 START IN 3 IN 4 IN 5 IN 6 IN 7 EOC 2 -5 OE CLK V CC REF GND 2 -7 . Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng . Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang * Nguyên lý hoạt động: ADC 0809 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân ADD A , ADD B , ADD C như bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung start, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống của xung start). Lúc này bit cơ trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trò Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào in. + Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. + Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0. Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trò Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác đònh được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OE xuống mức 0. Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. 7 Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên. )()( )( ).(256 −+ − − − = refref refIN VV VV N Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref(+): điện áp tại chân REF(+). Vref(-): điện áp tại chân REF(-). Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256. )(+ref in V V Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256. - Giá trò bước nhỏ nhất 1 LSB = 12 5 8 − = 0,0196 V/byte Vậy với 256 bước Vin = 5V. p vào lớn nhất của ADC 0809 là 5V. 3. Nêu các ngun nhân sai số của mạch đo, giải thích Mạch đo điện áp dùng IC ADC0809 xử lí tín hiệu tương tự nên có sai số. Các ngun nhân chính gây sai số là: + Do bộ chia áp + Do điện trở + Do q trình lượng tử hố + Do dây dẫn Mỗi điện trở đều có sai số riêng của nó và được ghi trên nó. Bộ chia áp gồm hai điện trở có sai số nên nó sẽ gây ra sai số. Q trình lượng tử hóa có sai số lượng tử là do sự sai khác trong q trình chuyển đổi giá trị tương tự thành giá trị rời rạc, ngun nhân là do khác nhau giữa tín hiệu dốc thoải và tín hiệu bậc thang. Dây dẫn khơng có thể gây ra sai số do điện trở của nó và chúng ta thường bỏ qua coi như chúng là tuyệt đối. 4. Tính năng hoạt động và ứng dụng của mỗi IC trong mạch ADC0809: Biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 8 bit. IC 74LS47: Giải mã tín hiệu ra led 7 đoạn. IC 74LS83: Tạo ra mạch cộng có nhớ 4 bit. IC 74LS00: Tạo xung nhịp. IC 74LS85: So sánh 2 số nhị phân 8 bit. IC 74LS244: Chọn dữ liệu đưa vào bộ giải mã. 8 IC 74LS245: Dùng để ổn định dòng và áp, làm bộ đệm để đưa tới bộ giải mã. 5. Khả năng mở rộng phạm vi đo của mạch phụ thuộc và những yếu tố là: IC 74LS83: tạo ra mạch cộng. IC 7400: tạo xung nhịp đưa đưa ra led hàng chục và IC 74LS244 chọn dữ liệu. Để đo điện áp nhỏ hơn hoặc lớn hơn người ta phải thay đổi đầu vào của bộ cộng và chân của IC 74LS00 với đèn led hàng chục vì đèn led hàng chục chỉ hiện số 1 khi chúng ta đo điện áp từ 10 – 19 nên chúng ta phải thay đổi đầu vào các chân của led hàng chục để nó có thể hiện số khác. Bên cạnh đó, để mạch có thể đo được điện áp lớn hơn 19 thì chúng ta cũng cần thay đổi chân vào bộ cộng để nó có thể cộng đưa ra được điện áp cần đo. 9 . số 1. Từ 10 15 , q4 = 0, IC 74LS83 sẽ tiến hành cộng có nhớ q 2 q 1 q 0 với 14 (11 10 2 ) VD: Nếu điện áp vào là 12 V <=> q 2 q 1 q 0 = 10 0 10 0 11 10 0 010 Đầu ra S 4 S 3 S 2 S 1 =. ( 011 0 2 ) VD: Nếu điện áp vào là 17 V <=> q 2 q 1 q 0 = 0 01 0 01 011 0 5 011 1 Đầu ra S 4 S 3 S 2 S 1 = 011 1, nên A 3 A 2 A 1 A 0 của IC 74LS47 sẽ nhận giá trị tương ứng 011 1 LED hàng đơn vị sẽ. ADD B , ADD C như bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt